地下采矿对矿山地质环境影响

雒 卫

山西省地勘局二一三地质队，山西临汾 041000

各类矿产的开发在为我国社会发展做出巨大贡献的同时也已经对自然生态环境以及地质环境形成了不可弥补的危害。要解决这个问题，首先就要深入地了解地下开采对于矿山地质环境的影响，然后逐步将其进行科学、合理的改进。

1 概述

地下采矿对于矿山的地质环境是长期而且连续性的大范围、重复性的破坏活动，其会引发、加剧以至直接形成地质灾害。形成地质灾害的条件包括地形地貌、地层岩性、地质构造与岩土组成等地质的背景，在这之中区域性地质构造决定了该区域岩土侵蚀发育的方向与发展的趋势；而地层岩性则是造成地质灾害内在的条件；造成地质灾害的主要因素则是地形地貌，其对于不同的地质灾害类型分布与发育的程度有着控制作用，地质灾害产生的可能性取决上述这些条件。

出现矿山开采采空塌陷的现象和开采层的厚度、采深、倾角、上覆岩层性质、采厚与开采的方式等因素有着相当密切的关系。在对矿产资源进行开采的同时，其在地下也造成了开挖的空间，对原有岩体应力的平衡状态形成破坏，从而引起自开挖地层开始由下向上覆岩的内部依次产生断裂、裂隙、冒落、弯曲等一系列岩层的移动过程。由于地下采煤所引发的上覆岩层的移动与破坏导致上覆岩层工程地质的性质改变，从而形成采空区的破损岩体地基型的工程地质环境。如果它的内部拉应力大于岩层抗拉的强度极限后，将致使直接顶板断裂、破坏，同时冒落。老的顶板岩层以梁弯曲形式沿着层理面法线的方向产生移动及弯曲，形成裂隙与离层情况。所以地下采矿作业会引发诸多地质环境的问题，在开采时，不但会引发滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等突变型的地质灾害，而且有可能会诱发地面的沉降、水环境的恶化及土壤的荒漠化等灾害现象，对人民的生命财产构成了极大的威胁。

2 地下采矿作业对矿山的地质环境影响

2.1 地下的岩体应力

因地下采矿作业形成了开挖的空间，使地层岩体内的原始自然应力场发生了改变，其应力就开始重新分布直至形成新平衡状态。开挖空间的内部在这时产生了减压区域，其压应力消失，所聚集的岩层弹性能得以释放，从而导致岩石被压碎的同时向开挖的空间内部突出，另外在开挖的空间顶部及底部也产生了减压区域，其压应力被拉应力代替，进而破坏周边的岩石，导致开挖的空间附近产生地层移动及变形的情况。其上部顶板岩层由于自重和上覆岩层重力的双重作用下，向下弯曲。如果岩体内部的拉应力大于岩石强度的极限，则形成顶板岩层的断裂、跨落及破碎。而在地下开挖空间的底板岩层因应力的松弛造成隆升。在这整个移动、变形的过程中，发生了岩石跨落、突出、断裂、隆升、裂隙、离层、滑移、弯曲等一系列破坏现象，这个过程如果发展到地层表面，往往就会在地层表面出现一个比之开挖的空间更大的下沉型盆地，除造成地表的下沉、倾斜、曲率、水平等各类变形破坏外，还有可能导致非连续性的变形。如在地层表面出现台阶状、漏斗状、槽形的塌陷坑以及裂缝、局部或者整体性的滑移等地层表面的破坏方式。

2.2 破坏岩层

因原始应力的平衡状态被破坏，从而使岩层移动、变形与破坏，在这个过程中，采空区域周边的岩层破坏形式主要有：

1）冒落。冒落是岩层移动中最为强烈的形式，一般只在采空区域的直接顶板岩层之中发生。因采空区域的附近上部岩层由于弯曲产生了拉伸变形现象，当其拉伸变形大于岩层抗拉强度时，就会破坏岩层，使其变成大小不等的岩块散落分布在采空区域内。如岩层破碎剧烈而向地表延伸，则将使地表面形成移动变形破坏，进而造成土体崩落与滑移、地表面开裂；2）岩石下滑。如果在倾角较大的采空区域，其上方所跨落的岩石就会下滑填充至采空区域，导致采空区域上部空间加大，相应的下部空间减小，使得上部岩层的移动加剧，下部岩层的移动减弱，最终导致地表变形、开裂等破坏；3）弯曲。它是岩层的主要移动形式，在进行地下开采以后，便由直接顶板开始，其岩层的整体沿着层面的法线方向出现弯曲现象，延伸到地表面就形成了倾斜变形、下沉等地表的破坏现象，进而引发地表塌陷、裂缝等灾害。

2.3 地表移动

当岩层移动趋于稳定后，在其采空区域的上方，因地表的塌陷而形成了下沉型的盆地，它的范围要大于开采的面积，如果开采的面积呈矩形，那么地表的下沉盆地则近似椭圆。下沉的盆地内各个点的移动量不同，它们的移动方向都指向盆地的中央位置，从而将地表面原始地质形态、生态环境系统及地形地貌加以改变，使地面标高与水平位置出现变化，更对地面建筑、设施、水环境、生活环境均造成不同程度的影响。严重的将形成巨大的塌陷坑，破坏地表植被，形成水土流失，引发滑坡、裂缝等一系列地质灾害，对人们的生命财产安全构成巨大威胁。

3 实例

结合辽宁省阜新市的海州区某矿区开采为例，进一步分析地下开采对矿山的地质环境的影响。

3.1 工程概况

该矿于1996年3月始建，以斜井、立井联合作为开拓方式，利用负压通风、顶板管理、刀柱式开采作为其自然陷落方法。

3.2 对矿山的地质环境影响的现状分析

1）地质灾害现状

根据对该矿的实地调查，在采矿现状条件之下并没有出现崩滑、地表裂缝、泥石流、地面塌陷型的地质灾害，而其采矿现状条件下的地质灾害表现为井巷坍塌与冒顶。同时依据相关矿山的地质环境影响分级表，其地质灾害的危险性评估较轻。

2）含水层现状

评估区域内没有河流，其北部存在季节性的沟渠，地下水为第四系的松散岩类的孔隙水、基岩型裂隙水与构造型裂隙水。地下采矿作业对于深层的基岩型裂隙水存在一定影响，而对浅层的孔隙水的影响则较小，同时对地表面水体的影响同样较小，所以地表面的水体并未漏失。矿区及其周边主要含水层的水位下降较少，并没有重要的水源地，采煤作业对该区域生产与生活供水的影响较小。综合评估含水层的破坏现状较轻。

3）地形地貌现状

矿山距自然保护区、景观及风景旅游区较远。该矿由于2009年5月到2010年3月并无采出量，故其现处于停产状态，其场地内没有矿石堆放保存。因主井、副井的高度与规模均较小，所以虽然破坏了原始地形地貌，但其破坏程度不大。综合评估地形地貌的破坏现状较轻。

4）土地资源

该矿对于土地资源的破坏主要是井口、主副井工业场地、道路及新工业场地。据实际调查对土地资源的破坏现状为1.8525hm2，属重度破坏。

4 结论

1）现状矿山的地质灾害表现为井巷的坍塌、冒顶危险性小，对含水层的破坏较轻，对地形地貌的破坏较轻，对土地资源的破坏则较为严重，该煤矿的地下采煤作业对矿山的地质环境影响程度属严重；2）矿山的建设将可能诱发、加剧的地质灾害是井巷的坍塌、冒顶、地面塌陷、矿井突水、地表裂缝，其发生的可能性、危险性、危害性均属中等。而地面塌陷的可能性则较小。

综上所述，地下采矿作业对于矿山的地质环境影响是客观存在的，而且对其地质环境的破坏也是程度不一的，如何才能在保证矿产供应需求的前提下，提高地下矿产作业的技术与环境保护水平，是迫切需要解决的问题。

[1]张国志，崔志强.地下开采对矿山地质环境影响分析——以辽宁省阜新市海州区煤矿为例[J].黑龙江科技信息，2011(29).